专利名称：制造太阳能电池接触层的方法
技术领域：
本发明涉及一种浆料组合物和一种制造太阳能电池接触层的方法，以及在制作光电池时使用的其他相关成分。
背景技术：
太阳能电池通常由半导体材料制成，例如硅(Si)，可以将太阳光转化成有用的电能。一般情况下，太阳能电池由薄片的硅制成，其中，从适合的磷源扩散磷(P)进入P-型的硅(Si)片，从而形成所需的PN结。硅片受太阳光入射的一面上通常涂有抗反射涂层(ARC)，以防止入射太阳光的反射损失，从而提高太阳能电池的效率。二维电极栅格图案，称为前接 触层，与硅的N端形成连接，在另一端(背接触层)涂有铝(Al )，与硅的P端形成连接。这些接触层是从PN结到外界载荷的电出口。
发明内容
本发明提供用于前接触层浆料材料的玻璃组合物，该组合物可提供低串联电阻(Rs)和高分流电阻(Rsh)，从而提供在效率(H)和填充因子(FF)方面高性能的太阳能电池。一般的，本发明包括由多种组分的混合物制成的太阳能电池接触层，其中该混合物含有固体物部分和有机物部分。固体物部分包括约85重量％到约99%重量％的金属组分，优选为银，以及约I重量％到约15重量％的玻璃组分。该玻璃组分包括约15摩尔％到75摩尔％的氧化铅(PbO)和约5摩尔％到约50摩尔％的二氧化硅(Si02)。金属组分包含银的薄片、银粉末、胶态银和/或由包磷涂覆的银粉。本发明同时设计了使用上述组分及量制造太阳能电池的方法。通过促进优化前接触层中组分之间，主要是银和硅，通过玻璃媒介的相互作用、连接、接触形式，本发明提供的组分和方法克服了现有技术的缺点。将一种包含玻璃和银的导电浆料印刷在硅基质上，烧制熔融玻璃并使其中金属烧结。通过加热形成Ag/Si导电岛以提供在块浆料和硅片之间的导电桥。含铅玻璃因其相对在低温下的优质流动性可以允许采用低烧结温度。本发明前述和其他的特征将在下文中充分详细的描述，并将特别地在权利要求书中指出，接下来的部分将详细介绍本发明特定的实施方案，然而需要指出的是，在应用本发明的原理下还有一些变化情况。详细描述本发明前述和其他的特征将在下文中进行充分详细的描述。含有银和玻璃的厚膜浆料被用来制作以硅基的太阳能电池的前接触层，以收集通过暴露于光线下产生的电流。通过电池效率(Π )和填充因子(FF)所测量的电池的电性能很大程度上受到银/硅界面的微观结构和电子特性的影响。也可以用艮和Rsh来描述太阳能电池的电性能。前接触层界面的组成和微观结构很大程度上决定了 Rs。通常采用丝网印刷涂布浆料，也可以采用挤压、压移印和热熔印刷等方法。采用丝网印刷的太阳能电池的前接触层，在相对低的温度下烧制(层温度为550°C到850°C，烧制炉设定温度为650°C到1000°C)，以在掺有磷的硅片的N端和银为基础的浆料之间形成低电阻的接触层。前接触层的桨料，在烧制之前，包括含有一种或多种形式的含银(粉末，薄片，胶态)成分、和玻璃组分和/或其他的添加物。玻璃组分至少含有PbO和SiO2。作为温度的函数的反应顺序和速率是在银浆料和硅片之间形成低电阻接触的影响因素。界面结构由多种相态组成硅基质、Ag/Si岛、在绝缘玻璃层中的银沉淀物以及块银。玻璃在硅片和块银之间形成接近连续的层。太阳能电池含有前接触层，其由多种组分的混合物组成的浆料或涂料制成。这些混合物在烧制之前包含固体物部分和有机物部分。固体物部分包含导电金属和玻璃组分。如需要也可有其他的添加物(即无机物),最高约30重量％，优选的最高约25重量％，更优选的最高约10重量％。根据本发明用于浆料的固体物部分包括Ca)含有银、银合金、氧化 银或银化合物(即银组分)的金属组分，约占固体物部分的约85重量％到约99重量％，优选的约为88重量％到约95重量％ ;和(b)玻璃组分，占固体物部分的约I重量％到约15重量％，优选的约为2重量％到9重量％，更优选的约为3重量％到8重量％。这里浆料的有机物部分包括(a)至少约80重量％的有机溶剂；(b)最高约15重量％的热塑性树脂；(c)最高约4重量％的触变剂；和(d)最高约2重量％的湿润剂。也预见使用超过一种的溶剂、树月旨、触变剂和湿润剂。尽管固体物部分比有机物部分的多种重量比均可预见到，但一个实施例包括固体物部分比有机物部分的重量比为从约20 1到约I :20。在优选的实施方案中，重量比为约15 1到约I :15，更优选的，重量比为从约10 1到约I :10。下文将详细描述每一种主要组分的类型(玻璃，金属，有机物)。玻璃浆料在烧制之前，玻璃组分包括一种或多种的玻璃组合物，每一种玻璃组合物由玻璃料氧化物组成，至少包括PbO和Si02。在这里，氧化锌(ZnO)可以代替玻璃组分中的部分PbO。特别的，在本发明的多种实施方案中，玻璃组合物包含表I中的组分。当至少两种玻璃组合物存在时，其组成和比例的选择影响太阳能电池接触层的质量。采用含有高比例(例如最高约35摩尔％)的ZnO的玻璃组合物(第一)提供渗透入硅的最小渗透性。这样的玻璃组合物以表3中的实施方式V和VII，以及表4中的组合物A为例。另一方面，使用不含锌而含有高比例的PbO (例如最高约75摩尔％)的玻璃组合物(第二)，提供渗透入硅更高的渗透性。这样的玻璃组合物以表3中的实施方式VI、VIII、IX、X、XI和表4中的组合物B、C、D和E为例。不管采用的玻璃组合物的数量多少，在玻璃组分中的PbO和SiO2的总含量处于这样范围=PbO占约15到约75摩尔％，SiO2占约5到约50摩尔％。在形成太阳能电池接触层时，改变第一玻璃组合物和第二玻璃组合物的比例，以控制渗透入硅的渗透程度，并因此获得太阳能电池的特性。例如，在玻璃组分中，第一玻璃组合物和第二玻璃组合物存在的重量比为约I :20到约20 :1，而优选方案为约I :3到约3 :1。优选的玻璃组分不包含镉或镉的氧化物。进一步的，在本发明范围内，部分PbO可被Bi2O3代替，以提供制造太阳能电池时所用的玻璃组合物。例如，可以使用约I摩尔％到约30摩尔％的Bi203。其他的实施方案进一步包括Al2O3, Ta2O5, Sb2O5, ZrO2, HfO2, In2O3, Ga2O3, Y2O3, Yb2O3及其组合。例如Y；A+Yb203意为含有指定量的Y2O3或Yb2O3或二者的组合。表I所示的实施方式进一步包含了随后表2所示的玻璃料氧化物成分。表I玻璃料氧化物占玻璃组分的摩尔百分比
权利要求
1.一种制备太阳能电池接触层的方法，包含 a.将含银衆料涂布在抗反射娃片上，和 b.烧制该浆料以形成覆盖层， c.其中，所述浆料含有固体物部分和有机物部分，所述固体物部分含有 i.约85重量％到约99重量％的银，和 ii.约I重量％到约15重量％的玻璃组分； d.其中，所述玻璃组分包含 1.约15摩尔％到75摩尔％的PbO, ii.约5摩尔％到约50摩尔％的SiO2, e.其中，所述银组分包含胶态银。
2.根据权利要求I所述的制备太阳能电池接触层的方法，其中，所述玻璃组分包含小于约3摩尔%的B2O3。
3.根据权利要求I所述的制备太阳能电池接触层的方法，其中，所述玻璃组分不含有B2O3。
4.根据权利要求I所述的制备太阳能电池接触层的方法，其中，所述固体物部分包含约60重量％到约95重量％的薄片银或粉末银、以及约O. I重量％到约20重量％的胶态银。
5.根据权利要求I所述的制备太阳能电池接触层的方法，其中，所述银组分包含银，该银是以从银薄片、银粉末或银胶态粒子组成的组中选择的形式而存在，其中，所述固体物部分进一步包含磷，至少部分磷作为在至少部分银薄片、银粉末或银胶态粒子上的覆盖层而存在。
6.根据权利要求I所述的制备太阳能电池接触层的方法，其中，所述银组分包含从以下物质组成的组中选择的化合物银的氧化物或银盐或它们的组合。
7.根据权利要求I所述的制备太阳能电池接触层的方法，其中，所述固体物部分进一步包含约O. 5重量％到约25重量％的第一金属，该第一金属选自于由Pb、Bi、Zn、In、Ga和Sb以及它们与至少一种第二金属的合金组成的组。
8.根据权利要求I所述的制备太阳能电池接触层的方法，其中，该浆料在炉的设置温度为约650°C到约1000°C下烧制约I秒到约5分钟。
9.根据权利要求I所述的制备太阳能电池接触层的方法，其中，所述固体物部分进一步包含晶体添加物，该晶体添加物选自于由以下物质组成的组Bi2O3, Sb2O3, In2O3, Ga2O3,SnO, ZnO, Pb3O4, PbO, SiO2, ZrO2, Al2O3, B2O3, Ta2O5,4PbO · SiO2, 3Pb0 · SiO2, 2Pb0 · SiO2,3Pb0 · 2Si02, PbO · SiO2, ZnO · SiO2和ZrO2 · SiO2，和它们的反应产物以及它们的组合。
10.根据权利要求I所述的制备太阳能电池接触层的方法，其中，所述固体物部分进一步包含约O. 5重量％到约25重量％的第一金属，该第一金属选自于由Pb、Bi、Zn、In、Ga和Sb以及它们与至少一种第二金属的合金组成的组。
11.根据权利要求I所述的制备太阳能电池接触层的方法，其中，该浆料在布氏粘度计HBT设定剪切速率9. 6/秒，轴14，25°C测定下，具有约IOOkcp到约500kcp范围的粘度。
全文摘要
本发明涉及制造太阳能电池接触层的方法，该方法包含a.将含银浆料涂布在抗反射硅片上，和b.烧制该浆料以形成覆盖层，c.其中，所述浆料含有固体物部分和有机物部分，所述固体物部分含有i.约85重量%到约99重量%的银，和ii.约1重量%到约15重量%的玻璃组分；d.其中，所述玻璃组分包含i.约15摩尔%到75摩尔%的PbO,ii.约5摩尔%到约50摩尔%的SiO2，e.其中，所述银组分包含胶态银。
文档编号H01L31/18GK102891215SQ201210335668
公开日2013年1月23日 申请日期2005年10月14日 优先权日2004年11月12日
发明者斯里尼瓦桑·斯里德哈兰, 通·彭, 钱德拉谢卡尔·S.·卡迪尔卡, 阿齐兹·S.·谢克, 史蒂夫·S.·基姆 申请人:费罗公司